城市平面交叉口交通沖突影響因素分析*

崔會芬 楚彭子 楊京帥 任書杭 朱鴻國

(長安大學汽車學院1) 西安 710064) (廣東省道路運輸管理局2) 廣州 510101)

城市平面交叉口交通沖突影響因素分析*

崔會芬1,2)楚彭子1)楊京帥1)任書杭1)朱鴻國2)

(長安大學汽車學院1)西安 710064) (廣東省道路運輸管理局2)廣州 510101)

為分析車速、相位設置，以及倒計時與非倒計時的信控方式設置等因素對城市平面交叉口交通沖突的影響，選取西安市15個典型的平面交叉口進行實地調研，記錄機動車與機動車之間的401條嚴重交通沖突數據作為分析樣本，采用方差分析和t檢驗的方式剖析了城市平面交叉口多種嚴重交通沖突形式的致因及其顯著性.分析結果表明,車輛通過城市平面交叉口的速度(p<0.01)、交叉口信號相位(p<0.01)和交叉口信控方式(p<0.05)等因素對追尾沖突、直行-左轉沖突、交叉沖突等交通沖突(嚴重沖突)有顯著的影響，而對直行-右轉沖突和左轉-右轉沖突并沒有顯著的影響.

交通工程；城市平面交叉口；交通沖突技術；方差分析；t檢驗

0 引 言

城市平面交叉口是交通事故的多發點.以往數據顯示，發生在城市平面交叉口處的交通事故占城市交通事故總數的59.7%，傷亡率約34%[1].鑒于交通沖突與交通事故在發生過程上的相似性，以及由交通事故的偶然性、稀缺性導致的分析結果滯后性，交通沖突技術(traffic conflict technique，TCT)已被作為交通安全影響因素分析的重要手段之一[2].

國內外學者對交通沖突分析做了大量的研究.王力等[3]通過調查同一個交叉口中不同相位階段的不同類別的嚴重交通沖突數量研究了不同相位背景下的不同沖突類別的關系.裴玉龍等[4]基于交通沖突技術定義了行人過街危險度，并討論了多種條件下的行人危險度的計算方法.鄧蕙菁等[5]基于回歸分析得到了不同類型的嚴重沖突率與交叉口事故率之間的關系.曹弋等[6]通過分析車輛臨時變向車道的數據，認為強行變道是交通沖突的主要致因.王雪松等[7]在討論了調查時段各類型交通沖突頻率分布和各類別沖突數據的負二項模型和線性回歸模型的分析后認為右轉車比例大型車比例及左轉專用相位對交通沖突有顯著的影響.王玉全等[8]通過建立多類型的交通沖突模型認為左轉交通流發生交通沖突的概率大于其它交通流，且車輛速度與交通沖突發生的可能性存在正比關系.郭延永等[9]在基于交通沖突技術分析不同右轉交通設施對信號交叉口交通安全的影響后認為直行交通量、右轉交通量和右轉大車比例對直右交通沖突具有顯著的正相關影響.張鄰等[10]從更微觀的角度分析了無信號交叉口的交通沖突中的駕駛人博弈問題.Leden[11]認為左轉車輛與行人的發生沖突的嚴重程度遠遠大于右轉車輛.Jiang等[12]在對交通沖突嚴重度進行辨別與分析后認為由紅燈期間駛入左轉車輛待轉區的車輛而導致的二次沖突以及追尾沖突顯著地增加了交通沖突的嚴重性.Killi等[13]通過模擬分析了不同車輛組成結構、速度、流量情況下的交通沖突特性.

以往的研究涉及了交通參與者的交通行為、道路渠化情況、交通設施的設置、車輛速度、車流組成結構及相位的設置情況等因素，且使用了多種理論模型.在此基礎上，基于方差分析(analysis of variance,ANOVA)和t檢驗的方法對交叉口處車輛的車速、信號相位及信控方式對交通沖突數量進行進一步的差異性分析.

2 方法與數據

2.1 單因素方差分析

如果各組之間有顯著性差異，則說明這個因素對因變量有顯著性影響，因素的不同水平會影響到因變量的取值.單因素方差分析的大致過程由原假設的建立，構造統計量來檢驗原假設是否成立，分析拒絕域得出分析結果等組成.

i=1,2,…,r；j=1,2,…,n

(1)

式中：各個εij相互獨立；μi和σ2未知.

基于上文，原假設可以改寫為H0:α1=α2=…=αr=0.

2) 構造統計量 為了構造檢驗假設的統計量，首先尋找引起Xij變動的致因.從Xij=μ+αi+εij可以得出：倘若H0為真，那么Xij的浮動僅僅是隨機性導致的；若H0為假，那么Xij的變動是由第i個水平以及隨機性公共導致的.因此需要構造一個統計量來描述Xij之間的變動，并且將引起以上兩種變動的原因用另一個量來表示.

3) 在顯著性水平α下得出拒絕域：

①若F>F1-α(r-1,n-r)時，則拒絕H0，即因素A的各水平下的效應有顯著差異；

②若F

4) 顯著性程度的規定

①當F>F0.01時，因素的影響特別顯著.

②當F0.01≥F>F0.05時，因素的影響顯著.

③當F0.05≥F>F0.10時，有一定的影響.

④當F0.10≥F時，影響不大或沒有影響.

2.2 數據

沖突數據源于西安市具有代表性的15個交叉口，并且是在早高峰、晚高峰和平峰三個時段分別進行觀測，累計觀測時間約90 h，調查得到機動車與機動車之間的沖突(機-機沖突)樣本共401個.調查人員根據交通沖突發生的起點推算距離相撞的時間(time to collision,TTC)，并在實驗室內進一步判定各沖突的類型和嚴重程度.

依據平面交叉口處的交通沖突按照車輛的運行軌跡及分流方向，將機-機沖突分為五類：追尾沖突、直行-左轉沖突、直行-右轉沖突、交叉沖突和左轉-右轉沖突.其中，交叉沖突是指兩個方向的車輛相互交錯成直角方式發生沖突.各個沖突形態的沖突數量及占比見表1.通過對比所獲取的各類別交通沖突形態的數量可發現：追尾沖突、直行-左轉沖突及直行-右轉沖突是交叉口沖突的主要類型.

表1 各類別交通沖突的分布

3 差異性分析

3.1 沖突速度與交通沖突數差異性檢驗

根據車輛的沖突速度可將實地調研所獲取的沖突數據分為五個區間：10～15，>15～20,>20～25,>25～30和>30～35 km/h.對不同速度范圍內各類交通沖突類型的數量應用方差分析法進行差異性檢驗，檢驗結果見表2.

表2 不同沖突速度范圍各沖突類型沖突數差異性檢驗

由表2可以看出，在0.01的顯著性水平下，追尾沖突(p<0.01)、直行-左轉沖突(p<0.01)、交叉沖突(p<0.01)在不同速度范圍層面有著顯著性差異，檢驗結果表明,車速是影響追尾沖突、交叉沖突、直行-左轉沖突的一個重要影響因素.對于右轉車輛，其車道位于道口右側，且速度往往較慢，因而對車速的影響并不顯著.車輛速度的快慢很大程度上影響了TTC的水平.

3.2 相位配置與交通沖突的差異性比較

將五種機-機沖突類型按所處交叉口相位設置方式的差異分為四類：無信號燈、二相位、三相位及四相位，通過方差分析比較沖突數量的差異性，檢驗結果見表3.

在0.01的顯著性水平下，表3中的追尾沖突(p<0.01)、直行-左轉沖突(p<0.01)、交叉沖突(p<0.01)在不同相位設置環境中存在著顯著性差異.這說明隨著交叉口的相位的增加使得各個流向的交通流在時間上進行了協調，減少了沖突點，從而使得沖突量減少，尤其是在追尾沖突、直行-左轉沖突、交叉沖突上表現得十分顯著.由于右轉車流受相位設置影響較小，因而直-右沖突(p=0.524)、左轉-右轉沖突(p=0.569)在差異上并不顯著.

表3 不同相位設置下各沖突類型沖突數差異性檢驗

3.3 倒計時信號燈設置與交通沖突差異性檢驗

研究認為，倒計時信控方式觸發了駕駛員的“搶紅燈”及“搶綠燈”的行為，即駕駛員常選擇在綠燈末期加速通過或紅燈初期提起啟動.將所調研的交通沖突數據按所處交叉口的倒計時信控方式與非倒計時信控方式進行分類，進而分析不同信控方式對各種沖突形態影響的顯著性，通過t檢驗的統計分析得到表4，其中，A1～A5分別代表追尾沖突、直行-左轉沖突、直行-右轉沖突、交叉沖突及左轉-右轉沖突.

表4 倒計時與非倒計時信控方式獨立樣本檢驗

在表4中，通過觀察方差齊性的Levene檢驗的結果，A1～A5所對應的Sig.值均大于0.05，這表明方差齊性的假設成立.進而從t檢驗中發現，追尾沖突(A1,p=0.007)、直行-左轉沖突(A2,p=0.004)和交叉沖突(A4,p=0.012)在倒計時與非倒計時信控方式下沖突數在平均值上有著顯著性差異，即：倒計時信控路口3種沖突形態的沖突數顯著高于非倒計時信控路口，這與前人對駕駛員行為的研究較為符合.雖然倒計時信控設計的初衷是為了使駕駛員清楚地了解本次相位剩余時間以便提前做好準備，但是駕駛員在綠燈末期加速通過路口及紅燈末期駕駛員提前啟動車輛的行為往往增加了發生嚴重沖突的可能性，這也是此信控方式的弊端之所在.對于直行-右轉沖突(A3,p=0.144)、左轉-右轉沖突(A5,p=0.599)受信控方式影響的差異性并不顯著，同樣是由于右轉車輛受信號影響較小，在轉向時沿內側車道轉向，且轉彎半徑較小，速度較低，因而由信控方式不同而導致的嚴重沖突的差異性也并不顯著.

3 結 論

1) 通過方差分析法對影響不同類型的嚴重交通沖突的因素進行識別，認為車速、交叉口信號相位數量和信控方式對多種交通沖突數量有顯著影響，即追尾沖突、直行-左轉沖突和交叉沖突.

2) 降低車輛進入交叉口的速度、增加信號相位及采用非倒計時信控路口均能顯著降低城市平面交叉口發生嚴重交通沖突的可能.因此，在今后的交叉口安全改善工作中，建議可以從路口限速、增加信號相位及調整信控方式等方面入手，以保障駕駛員的行車安全，提高城市平面交叉口的安全等級.

[1] 成衛.城市交通沖突技術理論與應用[M].北京:科學出版社,2006.

[2] HAUER E, G?RDER P. Research into the validity of the traffic conflicts technique[J]. Accident Analysis & Prevention,1986,18(6):471-81.

[3] 王力,劉衛中,洪于亮,等.基于分類交通沖突與微觀仿真分析的城市交叉口安全診斷及改善[J].中國安全科學學報,2009,19(2):38-42.

[4] 裴玉龍,馮樹民.基于交通沖突的行人過街危險度研究[J].哈爾濱工業大學學報，2007,39(2):285-287.

[5] 鄧蕙菁,王雪松,謝琨.基于交通沖突技術的交叉口事故多發點判別及致因分析[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2012,36(2):370-373.

[6] 曹弋,楊忠振,左忠義.臨時變向車道的交通流速度及沖突特性分析[J].交通運輸系統工程與信息,2015,15(5):74-80.

[7] 王雪松,羅楠.信號控制交叉口交通沖突特征與影響因素[J].城市交通,2016，14(6):60-66.

[8] 王玉全,邢芳,郭偉偉.信號交叉口混合交通沖突研究[J].中國安全科學學報,2016,26(6):47-51.

[9] 郭延永,劉攀,徐鋮鋮,等.基于交通沖突模型的信號交叉口右轉設施安全分析[J].中國公路學報,2016,29(11):139-146.

[10] 張鄰,黃選偉,吳偉明.無信號交叉口交通沖突分析[J].重慶交通大學學報(自然科學版),2015,34(3):105-111.

[11] LEDEN L. Pedestrian risk decrease with pedestrian flow: a case study based on data from signalized intersections in Hamilton, Ontario[J]. Accident Analysis & Prevention,2011,34(4):457-464.

[12] JIANG X G, ZHANG G P, BAI W, et al. Safety Evaluation of signalized intersections with left-turn waiting area in China[J]. Accident Analysis & Prevention,2016,95:461-469.

[13] KILLI D V, VEDAGIRI P. Proactive evaluation of traffic safety at an unsignalized intersection using micro-simulation[J]. Journal of Traffic and Logistics Engineering,2014,2(2):140-145.

Traffic Conflict Influential Factors Analyze for Urban Plane Intersection

CUIHuifen1,2)CHUPengzi1)YANGJingshuai1)RENShuhang1)ZHUHongguo2)

(SchoolofAutomobile,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)1)(AdministrationofRoadTransportationofGuangdongProvince,Guangzhou510101,China)2)

In order to analyze the influences of vehicle speed, phase setting and signal control mode of countdown and non-countdown for the traffic conflict on urban plane intersection, 15 typical plane intersections in Xi’an were selected for field investigation and 401 cases of serious traffic conflict data between vehicles had been recorded as the sample to analyze. The causes of serious traffic conflict on urban intersection and its significance had been analyzed by using the analysis of variance andttest. The results show that the speed of the vehicle through the intersection of urban plane intersection (p<0.01), intersection signal phase (p<0.01) and intersection control mode (p<0.05) have a significant impact on the serious conflicts of rear-end conflict, straight-conflict and intersection conflict, but have no significant impact on straight-right turn conflict and turn left-right turn conflict.

traffic engineering; urban plane intersection; traffic conflict technology; analysis of variance;ttest

U491.2

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.05.010

2017-08-26

崔會芬(1982—)：女，博士生，主要研究領域為交通運輸規劃與管理

*國家自然科學基金項目(51108040)、中央高校基本科研業務費專項資金項目(310822151022)資助